동적 건물에너지 해석은 건물에서 일어나는 물리현상에 대한 동적 거동을 고려하기 때문에 시뮬레이션의 결과가 실제와 비교적 유사한 경향을 보인다. 그러나 시뮬레이션을 진행하는 데 있어 건물에 대한 모든 정보를 얻기란 사실상 불가능에 가깝다.

이에 따라 엔지니어는 모델링 과정에 있어서 수많은 가정을 통해 모델링을 구현한다. 설비공학 편람, ASHRAE, REHVA 등에서 정하는 기준을 찾아 입력해 가정에 따른 오차범위를 줄이는데 노력하고 있으나 입력과정에서 엔지니어의 주관적인 판단이 개입됨에 따라 동일 건물의 시뮬레이션 결과가 상이할 수 있으며 건물 내 물리적 현상에 대해 전문적인 지식을 가져야 한다.

건물에너지 시뮬레이션은 건물의 준공도면(평면도, 입면도, 상세도, 장비일람표 등) 및 시방서를 기반으로 모델링을 진행한다. [그림 1]은 에너지시뮬레이션의 건물모델링 프로세스로 건물의 도면을 에너지시뮬레이션 모델링에 적합하게 수정한 후 DXF 파일로 변환한 후 이를 이용해 건물의 형상에 대한 모델링을 진행한다.

모델링의 순서는 외벽, 내벽, 열적 Zoning 순으로 진행하나 에너지해석 Tool에 따라 모델링방법이 상이할 수 있다. 이후 건물의 외피 구성체의 물리적인 정보, 건물 및 운전 상태에 관한 정보를 입력한다. 외피 구성체의 물리적인 정보는 건물형상 정보와 각 요소(벽체, 지붕, 창호 등) 재질정보를 포함하며 운전상태 정보는 건물에 설치된 냉난방 공조기기의 운전상태, 인체·조명·기기의 운전 스케줄과 발열밀도(W/m²) 등을 포함한다.

건물에너지해석 툴인 DesignBuilder의 경우 건물정보 입력화면에서 상부의 건물정보 입력 탭과 하부의 시뮬레이션 탭으로 크게 구분된다.

Activity 탭은 재실밀도, Metabolic, 착의량, 공휴일, 급탕량, 냉난방 설정 온·습도, 최소 외기도입량, 목표 조도, 내부발열 등 실내 환경 및 활동량에 대한 설정할 수 있다.

Construction 탭은 외벽, 내벽, 바닥지붕 등 건물을 구성하는 벽체에 대한 설정과 기밀도는 설정할 수 있다. 벽체를 구성하는 재료는 ASHRAE, CIBSE, ISO 10456 등에서 제공하는 물성치 데이터를 내장하고 있으며 벽체의 구성정보 및 레이어의 이미지 확인, 열관류율(U-value)값을 확인할 수 있다.

Opening 탭은 외부창, 내부창, 창, 환기구, 문에 대한 설정을 할 수 있다. 창면적 비율 일괄적용, 프레임, 차양, 루버 등을 설정할 수 있으며 내부 문의 개폐율 및 이에 따른 열교환 현상 및 환기량 등을 시뮬레이션에 반영할 수 있다.

Lighting 탭은 건물 내·외부 조명에 대한 설정으로 조명밀도, 스케쥴, 조명 타입, 복사율, 가시율 등을 선택할 수 있다. 또한 조명제어와 같은 에너지절감 요소기술(ECM: Energy Conversion Mesure)에 대한 설정을 할 수 있다.

HVAC 탭은 공조와 관련된 탭으로 Simple, Detailed 2가지 방법이 있다. Simple은 기계식 환기, 냉난방 급기 온·습도, 급탕 온도 자연환기, 지열, 실내 공기 혼합방식 등을 설정할 수 있다. Detailed는 직접 공조시스템을 모델링해 시뮬레이션을 진행할 수 있다.

건물 모델링을 위한 정보를 입력하고 난 후 Design-builder 분석모듈인 visualize를 통해 모델링에 대한 검토 및 주변 Mass와 대상건물간 시간에 따른 그림자 변화 등을 파악할 수 있다.

Heating design과 Cooling design 모듈은 설계 단계에서 이용하며 냉난방 피크부하를 계산할 때 사용한다. 이를 통해 외피의 성능, 건물의 형상에 따른 최대 부하가 계산되며 이를 이용해 장비용량을 산정할 수 있다.

그러나 에너지시뮬레이션을 이용한 피크부하 산정은 일반적으로 장비용량 산정 시 사용되는 CLTD 방법에 비해 약 10~20%가량 적은 피크부하를 산정한다. 이는 CLTD방법의 경우 전달함수법을 이용하며 피크부하 산정에 목적을 둔 계산법인데 반해 Energyplus의 경우 열평형법을 사용한다. 연간, 월간 부하 계산을 목적을 두는 차이에 의해 발생하며 CLTD 방법이 보수적으로 피크부하를 산정하고 있기 때문이다.

Simulation 모듈은 연간, 월간 에너지 사용량을 분석할 수 있으며 옵션을 통해 designbuilder 내에서 모델링을 하지 못하는 흡수식 냉동기 등의 component를 energyplus를 통해 모델링하여 시뮬레이션에 반영할 수 있다. ASHRAE Standard55에 수록된 쾌적도 분석, 실내 온도분포 등이 가능하며 결과값을 통해 에너지절감 요소기술에 대한 효과 검토, 기축건물의 에너지사용량 분석 및 예측이 가능하다. 해당 건물의 에너지 사용량 최적화, 장비교체 시기 최적화 등을 수행할 수 있다.